浙江至德鋼業(yè)有限公司探究電化學(xué)鈍化、酸洗鈍化與自然鈍化處理工藝對(duì)核電廠不銹鋼管道耐蝕性能的影響，通過藍(lán)點(diǎn)試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、點(diǎn)蝕電位、縫隙腐蝕試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證不銹鋼表面處理后服役性能。其中以電化學(xué)鈍化工藝-溶液為0.1M硝酸，鈍化電位為0.3V，處理時(shí)間為10分鐘處理后的不銹鋼服役性能最佳。


  核電廠不銹鋼管道多使用奧氏體不銹鋼，工廠階段未進(jìn)行鈍化處理，工程階段現(xiàn)場的化學(xué)處理未能保證管道的耐蝕性能。在特殊的環(huán)境中會(huì)發(fā)生多種腐蝕，主要包含點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、電偶腐蝕和應(yīng)力腐蝕，各類腐蝕均影響管道服役性能，危害機(jī)組安全。采用表面鈍化處理技術(shù)，可在不銹鋼表面形成致密的鈍化膜，形成有效的腐蝕防護(hù)屏障。至德鋼業(yè)對(duì)比316L奧氏體不銹鋼管道電化學(xué)鈍化技術(shù)與自然、酸洗鈍化技術(shù)處理后對(duì)不銹鋼耐蝕性差異，探究處理后服役性能。


一、試驗(yàn)


  本文采用某核電管道用316L不銹鋼零件做鈍化試樣，尺寸為50×30×12mm，其表面狀態(tài)為自然鈍化條件，酸洗鈍化條件，電化學(xué)鈍化條件。鈍化后分別加工成不同尺寸試樣進(jìn)行研究。


  1. 不銹鋼表面處理


   不銹鋼表面粗糙度影響鈍化膜耐蝕性能，不同不銹鋼臨界點(diǎn)蝕溫度與表面粗糙度有相關(guān)性。為保證加工表面一致，本文中將采用機(jī)械加工處理不銹鋼表面，水洗除油后，并用砂紙拋光打磨，表面呈光亮狀態(tài)待用。


    a. 自然鈍化


       放置于不含氯離子的空氣中若干小時(shí)，待表面變成銀白色時(shí)取出。


    b. 酸洗鈍化


      酸洗鈍化主要包括如下步驟：水洗—酸洗—水洗—除掛灰—水洗—鈍化—水洗—中和—水洗—干燥—除氫。（1）試樣采用浸洗的方法浸洗酸洗鈍化；（2）為了去除不銹鋼酸洗后殘留的一層掛灰，采用電化學(xué)除掛灰法。即用電化學(xué)除油槽，進(jìn)行陽極處理。陽極電流密度3～5A/dm2，時(shí)間5～10min；（3）用熱的蒸餾水清洗2～3次，再用熱的20%～50%硫酸鈉溶液浸洗；（4）所有316L不銹鋼在酸洗后應(yīng)在空氣循環(huán)爐內(nèi)于180～200℃進(jìn)行除氫處理2～3h，防止氫脆。


    c. 電化學(xué)鈍化


      電化學(xué)鈍化處理的試驗(yàn)過程為：水洗→電化學(xué)鈍化→水洗→堿液中和→水洗。不銹鋼表面電化學(xué)鈍化處理系統(tǒng)由參比電極、輔助電極、工作電極構(gòu)成三電極體系。其中溶液選擇0.1M硝酸，設(shè)置不銹鋼表面處理儀鈍化電位為0.3V，鈍化處理時(shí)間為10分鐘，并以待處理的不銹鋼工件為工作電極自動(dòng)施加適當(dāng)電流，完成不銹鋼表面的鈍化處理。


  2. 性能檢測


     a. 藍(lán)點(diǎn)測試


     使用鐵氰化鉀-硝酸法測試三組鈍化方式鈍化膜質(zhì)量，檢測原理是Fe2+與實(shí)驗(yàn)中化學(xué)成分反應(yīng)生成藍(lán)色配合物{Fe3[Fe(CN)6]2}。表面未鈍化鐵原子與檢測液生成藍(lán)色配合物。參照文獻(xiàn)檢測方法，30秒后，觀察不銹鋼濾紙顏色變化。


     b. 鹽霧試驗(yàn)


     將氯化鈉溶于電導(dǎo)率不超過20μS/cm的去離子水中，濃度為50g/L±5g/L，相當(dāng)于5%的氯化鈉溶液，用酸度計(jì)測量氯化鈉溶液的pH值，pH值在6.5～7.2之間；將實(shí)驗(yàn)放入鹽霧箱內(nèi)，試驗(yàn)面與垂直方向一般成20°，試驗(yàn)周期為720小時(shí)，持續(xù)噴霧。試驗(yàn)中將腐蝕后的試樣先用棉簽清洗表面的腐蝕產(chǎn)物，再用超聲波清洗10分鐘，以及去離子水清洗。


     c. 不銹鋼點(diǎn)蝕電位試驗(yàn)


     點(diǎn)蝕電位是鈍化膜開始發(fā)生擊穿破壞的電位，是不銹鋼重要的電化學(xué)性能指標(biāo)。陽極極化曲線的測量使用動(dòng)電位測量方法，采用三電極兩回路體系，試驗(yàn)介質(zhì)根據(jù)需要使用3.5%氯化鈉溶液，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為表面積4cm2的貴金屬鉑片，研究電極為環(huán)氧樹脂封裝的圓形316L不銹鋼試片，試片直徑為11.3mm（表面積為1cm2），用環(huán)氧樹脂封裝。掃描速率為20mV/min，當(dāng)電流密度達(dá)到0.4mA/cm2時(shí)停止試驗(yàn)，以陽極極化曲線上對(duì)應(yīng)電流密度10μA/cm2的電位中最正的電位值為點(diǎn)蝕電位。試驗(yàn)溫度30±1℃，通過恒溫水浴鍋控制[2]。


     d. 三氯化鐵點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕試驗(yàn)


     參考GB/T 17897-2016《金屬和合金的腐蝕不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)方法》，通過浸泡試驗(yàn)測試316L不銹鋼在三種不同鈍化條件的腐蝕情況。參考GB/T 10127-2002《不銹鋼三氯化鐵縫隙試驗(yàn)方法》。試驗(yàn)采用6%FeCl3溶液，試驗(yàn)溫度為35±1℃，將試樣放到溶液中的支架上，連續(xù)浸泡24h取出，試驗(yàn)過程中容器要蓋嚴(yán)，防止溶液蒸發(fā)。試驗(yàn)結(jié)束后，清除試樣上的腐蝕產(chǎn)物，清洗烘干，晾置1天后，用分析天平稱量失重后的試樣質(zhì)量。


二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析


   1. 藍(lán)點(diǎn)法檢測成膜致密度


    三組不銹鋼表面呈均勻的銀白色，沒有明顯的腐蝕痕跡，無顏色不均勻的斑痕。用酚酞試紙檢查殘液的pH值，呈中性。用3mL 65%硝酸+1g鐵氰化鉀配置成100mL檢驗(yàn)試劑，將浸過試劑的濾紙貼附在鈍化區(qū)，30秒內(nèi)未出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)，鈍化合格。


   2. 鹽霧試驗(yàn)


    圖中a、b、c分別為化、酸洗鈍化、電化學(xué)鈍化處理后進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)后的照片。從照片可看出，三組樣品完成鹽霧試驗(yàn)后，均發(fā)生不同程度的腐蝕，其中耐鹽霧腐蝕性能最佳的處理工藝是電化學(xué)處理，可有效地提高耐腐蝕性能。


   3. 不銹鋼點(diǎn)蝕試驗(yàn)


    通過比較316L不銹鋼在三種不同鈍化條件的點(diǎn)蝕電位與點(diǎn)腐蝕質(zhì)量損失，分析不銹鋼的耐腐蝕性能。從表中可看出，電化學(xué)鈍化工藝的點(diǎn)蝕電位Ed酸洗鈍化工藝的點(diǎn)蝕電位Es自然鈍化的點(diǎn)蝕電位Ez，說明電化學(xué)鈍化工藝的耐點(diǎn)蝕能力最優(yōu)。不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕，浸泡試驗(yàn)測試316L電化學(xué)鈍化處理后表面腐蝕量最少，耐點(diǎn)蝕性能最強(qiáng)。


   4. 縫隙腐蝕試驗(yàn)


   表為自然鈍化、酸洗鈍化、電化學(xué)鈍化處理后的縫隙腐蝕試驗(yàn)后質(zhì)量對(duì)比。從表中可看出，電化學(xué)鈍化耐縫隙腐蝕性、酸洗鈍化耐縫隙腐蝕性、自然鈍化耐縫隙腐蝕性，說明電化學(xué)鈍化工藝的耐縫隙腐蝕能力最優(yōu)。


三、結(jié)語


  浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對(duì)316L不銹鋼表面處理工藝的進(jìn)行研究，并比較分析了自然鈍化、酸性鈍化和電化學(xué)鈍化后不銹鋼的表面的耐腐蝕性等性能，模擬不銹鋼表面處理后的長期服役性能；通過藍(lán)點(diǎn)試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、點(diǎn)蝕電位、縫隙腐蝕試驗(yàn)，模擬進(jìn)行長期服役性能測試，最終可明確工藝參數(shù)為溶液0.1M硝酸，鈍化電位為0.3V，處理時(shí)間為10分鐘的電化學(xué)處理的不銹鋼管道各項(xiàng)性能優(yōu)異。